軟弱地層多級(jí)基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)分析

危 潔

(北京市東城區(qū)城市管理委員會(huì)，北京 100075)

1 概述

深基坑的設(shè)計(jì)需要考慮對(duì)周圍建筑物的影響，同時(shí)也應(yīng)考慮擬建基坑相應(yīng)的地質(zhì)條件。基坑在設(shè)計(jì)過程中，基坑的結(jié)構(gòu)類型、基坑的變形控制和變形規(guī)律需要重點(diǎn)考慮。尤其是在軟弱地層地區(qū)修建基坑，需要考慮深基坑自身的結(jié)構(gòu)和土體的相互作用。本文介紹某深基坑工程的圍護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與分析，并選取了典型截面進(jìn)行計(jì)算分析。

2 工程概況

基坑位于路貴安新區(qū)中心大道—百馬大道立交工程施工段，本項(xiàng)目基坑開挖深度大、總體面積超過10 000 m2，施工需要開挖深度超過15 m大型復(fù)雜多邊形基坑，局部還存在二級(jí)基坑。針對(duì)本基坑采用鉆孔灌注樁+高壓旋噴樁止水的支護(hù)體系，提出了大厚度淤泥地質(zhì)條件下的地層淺表加固鉆孔灌注樁施工關(guān)鍵技術(shù)和高壓旋噴止水帷幕施工關(guān)鍵技術(shù)，并對(duì)整體基坑支護(hù)體系進(jìn)行了局部?jī)?yōu)化設(shè)計(jì)。

3 圍護(hù)結(jié)構(gòu)分析

分析基坑開挖對(duì)周邊建筑的變形影響，采用有限元軟件MIDAS/GTS中進(jìn)行計(jì)算模擬，根據(jù)場(chǎng)地實(shí)際地形和基坑結(jié)構(gòu)的實(shí)際尺寸和位置建立三維數(shù)值模型，然后按照實(shí)際施工進(jìn)行計(jì)算，本次數(shù)值模擬的模型按如下原則建立：基坑支護(hù)樁、支撐、錨桿采用梁?jiǎn)卧M(jìn)行模擬；基坑內(nèi)外土體均采用三角形單元模擬。本次計(jì)算參數(shù)通過如下方式來(lái)保證選取的正確性：參考地質(zhì)勘察報(bào)告提供的參數(shù)進(jìn)行選取；參考《工程地質(zhì)手冊(cè)》中各種土體的物理力學(xué)參數(shù)；根據(jù)地區(qū)相關(guān)工程監(jiān)測(cè)經(jīng)驗(yàn)的反演結(jié)果進(jìn)行調(diào)整。基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)的材料信息如表1所示。

表1 支護(hù)結(jié)構(gòu)材料信息表

4 典型斷面支護(hù)結(jié)構(gòu)圖

圖1為F斷面支護(hù)結(jié)構(gòu)圖。由圖1可知，基坑分為兩級(jí)階梯式開挖，基坑總深度為11.65 m，即第一級(jí)階梯挖深3.95 m，第二級(jí)階梯7.7 m。基坑開挖范圍內(nèi)涉及的土層分別為雜填土、淤泥、紅黏土、強(qiáng)風(fēng)化泥質(zhì)白云巖夾泥巖、中風(fēng)化泥質(zhì)白云巖夾泥巖。采用排樁懸臂式(旋噴樁被動(dòng)區(qū)加固)、排樁+一道混凝土內(nèi)支撐+一道預(yù)應(yīng)力錨桿的組合支護(hù)形式。支護(hù)樁-1為φ1 000@1 300鉆孔灌注樁，樁長(zhǎng)L=10 m。支護(hù)樁-2為φ1 000@1 500鉆孔灌注樁，樁長(zhǎng)L=11.35 m。由于第一級(jí)階梯基坑開挖范圍內(nèi)涉及到淤泥層，土質(zhì)較差，故第一級(jí)階梯坑底以下4 m范圍內(nèi)為高壓旋噴樁被動(dòng)區(qū)加固。第二級(jí)階梯基坑的第一道混凝土內(nèi)支撐，支撐截面尺寸為800 mm×800 mm，下面一道錨桿長(zhǎng)11 m，水平間距1.5 m，傾角20°。

對(duì)于F斷面模擬分析，按照以下施工步驟進(jìn)行模擬：1)生產(chǎn)初始應(yīng)力場(chǎng)：土體在自重下固結(jié)穩(wěn)定下的應(yīng)力分布(位移清零)；2)進(jìn)行圍護(hù)樁施工：鉆孔樁、旋噴樁、止水帷幕打入土體后的應(yīng)力重分布；3)對(duì)基坑進(jìn)行開挖模擬：基坑垂直向下開挖3.95 m，澆筑墊層；4)對(duì)基坑進(jìn)行開挖模擬：繼續(xù)向下開挖至支撐梁底，施工圍梁、支撐；5)模擬基坑開挖模擬：基坑開挖至第一道錨桿位置，并施工第一道錨桿；6)開挖至坑底：基坑開挖至坑底位置。

5 計(jì)算結(jié)果

5.1 基坑整體位移情況

圖2為F斷面基坑整體總位移情況，由圖可知，當(dāng)基坑開挖至基坑底時(shí)，第一級(jí)階梯基坑坑底表現(xiàn)為隆起變形，靠近基坑邊位置隆起量最大，隆起位移量達(dá)34 mm。第二級(jí)階梯基坑坑底由于進(jìn)入中風(fēng)化，坑底隆起變形不明顯。“支護(hù)樁-1”樁身最大位移為51 mm。“支護(hù)樁-2”受一道支撐及一道錨桿的約束影響，樁身變形最大為4.3 mm。整體基坑變形情況滿足基坑規(guī)范的安全性要求。

5.2 基坑樁頂位移情況

圖3為F斷面的不同工況所對(duì)應(yīng)的支護(hù)樁水平最大位移曲線，隨著施工工況的不斷發(fā)展，“支護(hù)樁-1”與“支護(hù)樁-2”的水平最大位移不斷發(fā)展，當(dāng)基坑開挖至坑底時(shí)，“支護(hù)樁-1”與“支護(hù)樁-2”的水平最大位移達(dá)到最大。圖4為F斷面的支護(hù)樁水平位移情況。當(dāng)基坑開挖至坑底時(shí)，其中“支護(hù)樁-1”所受水平位移最大為51 mm。“支護(hù)樁-2”所受水平位移最大為7.34 mm，“支護(hù)樁-1”的水平位移大于“支護(hù)樁-2”的水平位移，且兩者支護(hù)樁水平位移表現(xiàn)為樁端位移最大，逐漸沿樁身下方遞減。支護(hù)樁豎向位移表現(xiàn)的非常小，幾乎可以忽略不計(jì)。

5.3 支護(hù)結(jié)構(gòu)受力情況

圖5為F斷面的不同工況所對(duì)應(yīng)的支護(hù)樁所受最大彎矩曲線，“支護(hù)樁-2”在工況5時(shí)達(dá)到最大，之后其彎矩有一定下降，圖6為F斷面的支護(hù)樁所受彎矩情況。當(dāng)基坑開挖至基坑底時(shí)，“支護(hù)樁-1”“支護(hù)樁-2”所受最大的彎矩分別為142 kN·m，443 kN·m(向臨坑面)。經(jīng)驗(yàn)算滿足支護(hù)樁配筋要求。

5.4 地表沉降變形情況

圖7為F斷面的不同工況所對(duì)應(yīng)的地表最大沉降曲線，整個(gè)基坑為兩級(jí)階梯式開挖特點(diǎn)，基坑外側(cè)土體局部表現(xiàn)為土體沉降的特征，最大沉降量為28.1 mm，沉降槽呈“半圓形”拋物線形，受淤泥土質(zhì)影響，其影響范圍大致在2倍的基坑深度內(nèi)。第一級(jí)階梯基坑底表現(xiàn)為隆起變形，最大隆起量為28.9 mm。

6 結(jié)語(yǔ)

通過數(shù)值計(jì)算和現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，計(jì)算了復(fù)雜深基坑的圍護(hù)結(jié)構(gòu)，選取典型斷面，對(duì)基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析，計(jì)算了基坑的整體位移，基坑樁頂位移，同時(shí)分析了基坑中的支護(hù)結(jié)構(gòu)受力情況，最后計(jì)算了基坑的地表沉降。經(jīng)計(jì)算，支護(hù)結(jié)構(gòu)合理，能夠有效地控制基坑的位移。